王勝華
摘要:圓錐曲線是解析幾何中的重點(diǎn),也是高中數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程中的重點(diǎn)章節(jié)之一,在教學(xué)過(guò)程和高考試卷中都占有很大的比例。在歷年高考的命題中都是熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一。圓錐曲線的定義在初高中數(shù)學(xué)乃至高等數(shù)學(xué)中,都有廣泛的應(yīng)用。本論文首先對(duì)圓錐曲線的統(tǒng)一定義進(jìn)行歸納總結(jié)概述;其次給出了利用圓錐曲線統(tǒng)一定義巧解題的一些方法以及解題過(guò)程,然后對(duì)利用圓錐曲線統(tǒng)一定義巧解題中所涉及到的數(shù)形結(jié)合思想作了歸納和總結(jié)。
一、圓錐曲線的統(tǒng)一定義(又叫做第二定義)
圓錐曲線(橢圓、雙曲線、拋物線)統(tǒng)一定義:平面內(nèi)一個(gè)動(dòng)點(diǎn)M與一個(gè)定點(diǎn)F的距離與一條定直線L(點(diǎn)F不在直線L上)的距離之比等于一個(gè)常數(shù)e;當(dāng)0
圓錐曲線的統(tǒng)一定義,是圓錐曲線定義概念的重要組成部分,揭示了圓錐曲線之間的內(nèi)在聯(lián)系,使焦點(diǎn),離心率,和準(zhǔn)線等構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體,學(xué)習(xí)好圓錐曲線的統(tǒng)一定義,不僅是研究圓錐曲線圖像與性質(zhì)的基礎(chǔ),而且在許多高中數(shù)學(xué)問(wèn)題的解題過(guò)程中,具有不可磨滅的特殊作用。圓錐曲線第二定義在求最值的形式一般是:的最小值,同時(shí)求取得最小值時(shí)相應(yīng)的P點(diǎn)的坐標(biāo)。這個(gè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化的本質(zhì)就是將(其中點(diǎn)A是曲線(橢圓,雙曲線或拋物線)內(nèi)一定點(diǎn)(異于焦點(diǎn))的一定點(diǎn),是曲線上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),是曲線的一個(gè)焦點(diǎn),是曲線的離心率)。
二、巧用圓錐曲線統(tǒng)一定義解最值問(wèn)題
例1? 已知A(1,2),F(xiàn)為橢圓+ 的右焦點(diǎn),P為橢圓上的動(dòng)點(diǎn),當(dāng)∣PA∣+∣PF∣取最小值時(shí),求P點(diǎn)的坐標(biāo).
思路分析:已知e=,而∣PF∣恰好是橢圓上的點(diǎn)到橢圓相應(yīng)準(zhǔn)線的距離。
解:∵橢圓方程為+=1,∴a=5,b=4,c=3∴ e=.又∵A(1,2)是橢圓內(nèi)部的點(diǎn),橢圓的右準(zhǔn)線方程為L(zhǎng):x=,過(guò)點(diǎn)P作PQ⊥L于點(diǎn)Q,由橢圓的第二定義知: =e=,即:PQ=∣PF∣,
∴ ∣PA∣+∣PF∣=∣PA∣+∣PQ∣,當(dāng)且僅當(dāng)P、A、Q三點(diǎn)共線時(shí),∣PA∣+∣PQ∣有最小值,過(guò)A作AA′⊥L,與橢圓的交點(diǎn)即為所求,顯然yp=2,代入橢圓方程可求xp=,
∴當(dāng)∣PA∣+∣PF∣取最小值時(shí),點(diǎn)P的坐標(biāo)為(,2).
【評(píng)注】在涉及橢圓上的點(diǎn)與焦點(diǎn)有關(guān)的距離時(shí),一定明確橢圓的第二定義及其相應(yīng)的變形式子。
例2:已知點(diǎn),,在雙曲線上求一點(diǎn),使的值最小。
解:∵,,∴,e=,設(shè)到與焦點(diǎn)相應(yīng)的準(zhǔn)線的距離為,則即在雙曲線上求點(diǎn),使到定點(diǎn)的距離與到準(zhǔn)線的距離和最小,顯然直線垂直于準(zhǔn)線時(shí)合題意,且在雙曲線的右支上,此時(shí)點(diǎn)縱坐標(biāo)為,∴所求的點(diǎn)為
例3:如果雙曲線上一點(diǎn)P到雙曲線右準(zhǔn)線的距離等于,求點(diǎn)到右焦點(diǎn)的距離。
即點(diǎn)到右焦點(diǎn)的距離為。
如上題如何求P到左焦點(diǎn)的距離解:, ∴, ∴
方法二:雙曲線左支上的點(diǎn)離右準(zhǔn)線的距離的最小值,故點(diǎn)為雙曲線右支上的點(diǎn),∴P到左準(zhǔn)線的距離
由雙曲線的第二定義
注:通過(guò)一題多解鞏固雙曲線中焦點(diǎn)與準(zhǔn)線的“對(duì)應(yīng)”關(guān)系。
例 4. 已知點(diǎn)B( 3,2 ),F(xiàn)為拋物線 的焦點(diǎn),點(diǎn)P在拋物線上移動(dòng),當(dāng)|PB| + |PF| 的值最小時(shí),點(diǎn)P的坐標(biāo)為? 若將題中的( 3,2 )改成( 2,3 )呢?
解: 如圖所示, 點(diǎn)B( 3,2 )在拋物線內(nèi),過(guò)點(diǎn) P 作拋物線的準(zhǔn)線 L∶x=-1的垂線,垂足為 Q ,則 |PF |= |PQ| 只需求出|PB| +| PQ| 的最小值。 由圖可知當(dāng) M , P , Q 三點(diǎn)共線時(shí),|PB| +| PQ |最小,此時(shí)P點(diǎn)的縱坐標(biāo)為 2 。
代入 得 x=2 ,點(diǎn) P(2,2)。
若將題中的B(3,2)改成(2,3),顯然點(diǎn)B(2,3)在拋物線外, ???????????????????????????????????????????當(dāng) B , P , F 三 點(diǎn) 共 線 時(shí) ,|PM| + |PQ| 最 小 ,
評(píng)析: 利用拋物線的性質(zhì), 拋物線上的點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離就是到準(zhǔn)線的距離, 再通過(guò)作圖,得到的| BM| +| PF| 最小值, 是典型的幾何法。
三、問(wèn)題小結(jié)
從上述例題可以看出,圓錐曲線的統(tǒng)一定義(第二定義)既是推導(dǎo)圓錐曲線標(biāo)準(zhǔn)方程的依據(jù),又是用來(lái)解決一些最值問(wèn)題的重要方法,一般情況下,當(dāng)問(wèn)題涉及焦點(diǎn)或準(zhǔn)線,且用其它方法不易求解時(shí),則可通過(guò)“數(shù)”與“形”的結(jié)合,充分利用圖形的直觀性,與圓錐曲線的統(tǒng)一定義結(jié)合起來(lái)求解。它的基本特點(diǎn)是解題思路比較簡(jiǎn)單, 規(guī)律性較強(qiáng),因此在解決問(wèn)題時(shí)會(huì)事半功倍。